干旱和高温胁迫下紫花苜蓿PEPC酶活性变化及其基因序列分析

紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是一种分布极其广泛的多年生优质豆科牧草,分析干热胁迫下其磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC)酶活性变化及PEPC蛋白的生物信息学。本研究以‘阿尔冈金’紫花苜蓿和云南德钦县野生紫花苜蓿为材料,测定其在干旱胁迫和高温胁迫下的PEPC酶活性的变化,同时扩增了PEPC基因,并对PEPC蛋白进行了生物信息学分析和系统发育分析。结果表明,在胁迫第12 h酶活性达到峰值,两种胁迫下野生紫花苜蓿的酶活性基本高于‘阿尔冈金’紫花苜蓿,两种紫花苜蓿PEPC蛋白均为不稳定蛋白和亲水性蛋白。干旱胁迫与高温胁迫都对紫花苜蓿PEPC酶活性产生了较大的影响,且两种紫花苜蓿PEPC氨基酸序列保守性均较高。本研究可为提高高温和干旱条件下紫花苜蓿的光合特性进而增加产量提供理论依据。

转GST和CAT1基因水稻根系抗氧化系统对干旱高温胁迫的响应(英文)

以携带谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT1)的转基因水稻和非转基因水稻(Oryza sativa L.)品种‘中花11’的根系为材料,比较分析了二者在PEG6000、38℃及PEG6000和38℃复合胁迫下抗氧化系统特别是抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统的变化。结果显示,6%PEG处理时,转基因水稻的CAT、GST、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)的活性都显著高于非转基因水稻;38℃处理时,前者的CAT、GST、SOD和GR的活性则显著低于后者;6%PEG和38℃复合处理时,前者的CAT、GST、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和DHAR的活性也都显著高于后者,但前者的SOD和GR活性则显著低于后者。6%PEG诱导的转基因水稻根系的抗坏血酸氧还状态显著低于非转基因水稻,但二者的谷胱甘肽氧还状态无显著差异;而6%PEG和38℃同时处理时,转基因水稻的谷胱甘肽氧还状态则显著高于非转基因水稻,但二者的抗坏血酸氧还状态差异不显著。研究发现,干旱和高温复合胁迫时,转基因水稻和非转基因水稻的抗氧化组分的变化均不等于这2种单一胁迫的叠加;GST和CAT1基因的转入对水稻抗氧化系统内源功能相关组分尤其是抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统产生了一定的影响,两种水稻的根系可能利用不同的抗氧化组分调节机制对这些胁迫做出应答。

美洲狼尾草CCD基因家族全基因组鉴定及分析

鉴定美洲狼尾草(Pennisetum glaucum)中的类胡萝卜素裂解双加氧酶(Carotenoid cleavage dioxygenases,CCD)基因家族成员,为美洲狼尾草中PmCCD基因进一步的功能研究与遗传改良提供一定的理论依据。基于美洲狼尾草已公开的全基因组数据,成功鉴定了其中的CCD成员,并预测了该家族成员的系统进化关系,此外,分析了这些成员的蛋白理化性质、功能结构以及保守基序,并深入研究了它们的启动子顺式作用元件等,最后结合转录组数据分析了PmCCD基因在组织中、高温胁迫和干旱胁迫下的表达模式。共鉴定出13个PmCCD基因,分布于5条染色体上,系统进化分类为2个大类别,共计6个亚家族,所鉴定出的成员均具备典型的RPE65或PLN型蛋白结构域,其启动子区域有与逆境胁迫、激素响应以及生长发育等生物过程密切相关的顺式作用元件。转录组数据分析表明,PMccd-1、PMcccd-6、PMccd-7、PMccd-12基因在美洲狼尾草的穗组织中具有显著的高表达,在干旱与高温胁迫下,PmCCD基因产生了显著的表达变化,且受胁迫影响根系中的表达差异高于叶片。综上结果表明在干旱诱导时,Pmccd-12、Pmccd-6基因分别在叶片和根系中显著表达,可作为美洲狼尾草耐旱性的候选基因,在高温诱导时,Pmccd-6基因在叶片中显著表达,可作为美洲狼尾草耐热性的候选基因,为美洲狼尾草后续的基因工程改良提供帮助。